[发明专利]基于大景深的高精度三维重建方法、装置及其相关组件

说明书

本发明公开了一种基于大景深的高精度三维重建方法、装置及其相关组件。该方法包括：对大景深测量场景进行区域划分；利用三维测量系统对划分出的每一个区域进行双目视觉立体标定，得到标定数据；计算平面平板在不同位置时的绝对相位分布图和三维信息；建立对应区域的三维映射系数表；获取被测物体的目标图像并计算绝对相位分布图；获取每一个像素点在目标图像的绝对相位分布图的绝对相位，在对应区域的三维映射系数表中查找三维映射系数，利用三维映射系数计算空间三维点坐标。本发明通过将大景深场景划分为多个区域进行计算，整个计算过程更加严谨精确，并且在建立三维映射系数表后获取被测物体的空间三维点坐标更加迅速准确。

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种基于大景深的高精度三维重建方法、装置及其相关组件。

背景技术

现有技术的条纹投影三维测量属于结构照明法的一种，具有高速、高精度、低成本、易操作等优点，在工业测量、智能制造、文物保护等领域获得广泛应用。条纹投影三维测量技术的原理是将标准的正弦条纹图案投影于被测物体，物体的高度对投影条纹进行调制，相机采集到调制变形条纹图，后通过条纹相位解调和系统标定技术，结合相位-高度映射原理，重建物体三维信息。

通常情况，条纹投影采用基于光学成像原理的数字微镜阵列(DMD)产生条纹图案，固定焦距的光学投影镜头具有有限的景深范围。特别是为提高图像亮度，商用投影机均采用了大光圈设计，导致景深范围更小。在某些大测量场景中，被测物体的体积较大或是多个物体组成的大跨度空间范围，该投影系统无法满足需求。而MEMS(微机电系统)振镜激光扫描的投影机由于使用了激光光源和振镜扫描的投影方式，具有大景深的成像范围。相机镜头同样面临着景深范围有限的问题，而电子变焦透镜具有连续改变镜头焦距的功能。

最近几年，电子可调透镜(Electrically Tunable Lens,ETL)的发展为设计更加紧凑的光学系统提供了更多的选择，尤其是它的精密、快速、方便和可重复性等，已经广泛应用在显示、显微镜、自动聚焦成像、激光加工等领域。对于三维测量方面，也有研究使用电子可调透镜实现某些功能。一种技术是使用电子可调透镜快速获取多个离散的聚焦图像，通过合并来自不同聚焦情况下的数据来获得整个场景的三维信息。但是，目前的三维测量系统在测量大景深场景时的精度低，重建恢复效果差的问题仍然没有办法解决。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于大景深的高精度三维重建方法、装置及其相关组件，旨在解决现有技术中大景深场景下三维测量精度低，三维重建效果差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于大景深的高精度三维重建方法，包括：

对大景深测量场景进行区域划分；

利用三维测量系统对划分出的每一个区域进行双目视觉立体标定，得到标定数据；其中，所述三维测量系统包括成像装置和投影装置；

在不同区域内利用投影装置向处于不同位置时的平面平板投射指定图案，并通过成像装置采集所述平面平板在不同位置时的平板图像，计算得到所述平面平板在不同位置时的绝对相位分布图，并根据所述标定数据计算得到所述平面平板在不同位置时的三维信息；

在每一个区域内，获取所述成像装置每一个像素点在所述平面平板的绝对相位分布图中的绝对相位，并根据每个所述平面平板的三维信息与对应像素点的绝对相位之间的映射关系建立对应区域的三维映射系数表；

利用投影装置向被测物体投射目标图案，并通过成像装置采集被测物体的目标焦扫图像，并将所述目标焦扫图像进行去模糊处理，得到目标图像并计算所述目标图像的绝对相位分布图；

获取所述目标图像每一个像素点在所述目标图像的绝对相位分布图的绝对相位，并根据所述绝对相位所属区域在对应区域的三维映射系数表中查找对应的三维映射系数，利用所述三维映射系数计算得到对应的空间三维点坐标。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于大景深的高精度三维重建装置，其包括：